人機界面（Human—Machine Interface），是人與機器進行交互的操作方式，即用戶與機器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入和輸出。好的人機界面美觀易懂、操作簡單且具有引導功能，使用戶感覺舒適、愉快，從而提高使用效率。界面可以分為硬界面和軟界面，也可以分為廣義的和狹義的人機界面。

一、界面設計與工業設計之淵源

界面設計和工業設計在基本思想與內容上有很多一致性。

首先，在基本思想方面，工業設計的觀點是要把包括對美的追求在內的精神、文化因素融入到物質產品中去，即創造的產品應同時滿足人們的物質與文化需求。這與界面設計的基本理論即產品設計要適合人的生理，心理因素，與工業設計的基本觀念“創造的產品應同時滿足人們的物質與文化需求”，意義基本相同，側重稍有不同。

其次，關于工業設計與界面設計的不同，有一種說法是：界面設計是以研究與處理“人與物”之間的信息傳遞為主。而工業設計則以研究與處理“人與物”之間的各種關系。特別是對較復雜的產品，工業設計并不深入研究科學技術的具體細節。界面設計雖然也是既研究“機”，也研究“人”，研究人生理學和心理學等方面的各種因素。但研究“機”，一般是指其中與人發生直接關系的部分，不一定深入追究“機”的原理與構造研究“人”，則僅研究與“機”相關的生理、心理學等方面的各種因素。簡言之，工業設計與界面設計同樣都是研究人與物之間的關系，研究人與物交接界面上的問題。

二、信息時代工業設計呼喚界面設計

當機械大工業發展起來的時候，如何有效操縱和控制產品或機械的問題導致了人機工程學。二戰后，隨著體力的簡單勞動轉向腦力的復雜勞動，人體工學也進一步地擴大到人的思維能力的設計方面?！笔乖O計能夠支持、解放、擴展人的腦力勞動“。在信息時代，滿足了物質需求的情況下，人們追求自身個性的發展和情感訴求，設計必須要著重對人的情感需求進行考慮。設計因素復雜化導致設計評價標準困難化。個性化的設計作品能否被消費者所認同7新產品開發能不能被市場所接受7在目前，我國大部分企業實力還并不強大，設計開發失利承受力還不很強的情況下，如何系統地、有根據地認識、評價設計，使其符合市場，就需要對設計因素再認識。利用界面分析法，正是使設計因素條理化，避免將人作為“生物人”的片面和走出籠統地說“設計＝科學＋藝術”的簡單誤區。對許多以微電子機制的產品而言，由于功能的執行不再是傳統的可感知方式，而是電子的無形運作，造成了產品外觀形式無法解釋和表達其內部功能及使用狀態。于是在使用者與產品之間便構筑了所謂用戶界面（UserInterface），籍以實現人機之間的溝通和交流。

隨著科技滲透到我們的日常生活中，用戶界面的出現日益普遍，其主要形式有：數字產品（信息產品）的使用操作界面，如收音機、PDA、rnp3播放器，電腦軟界面以及網頁界面等。隨著電子技術日益發展，尤其是科技應用帶給人類的愉悅和體驗，電子數字產品必將更加深入地影響生活的各個方面和層面。將有越來越多的關于界面的問題出現，使界面設計提上日程。

三、以界面為中心的產品設計

設計的幾個層面

以人為本的設計要求設計從用戶的需求出發。根據人的不同層次的需求，我們可以把設計分為幾個層面。人的需求是多方面的，它具有一定的層次性、階段性，是發展和變化的。心理學家亞伯拉罕·馬斯洛在研究人類動機時，提出了著名的“需求理論，他認為人的需求的層次是從底級向高級需求發展的，呈階梯形?？梢苑譃槲鍌€基本層次：

（1）生理需求：這是人類最基本的生存需求，是首要的，也是必須的。

（2）安全需求：這也是很容易理解的，在滿足了生存需要后，很自然就要求生存的沒有危險，使自己的生命得到保障，這還基本屬于生存需求的進一步延伸。

（3）社會需求：最主要的內容是歸屬和愛情方面的要求。人類是群居動物中最高形式，任何一個人在生活中擁有自己的朋友、事業、愛情或其它，在這里他可以找到快樂和愉悅。

（4）尊重需求：也就是自己要得到別人的尊重。

（5）自我實現的需隸屬最高需求，即人的價值有可以實現的機會和有可以實現的條件并可以得到承認。像那些在擁有了大量物質財富的人他們所追求的或許也就是能夠實現自己價值并得到承認。

人機界面產品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數據存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產品的性能高低，是HMI的核心單元。根據HMI的產品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件一般分為兩部分，即運行于HMI硬件中的系統軟件和運行于PC機Windows操作系統下的畫面組態軟件（如JB－HMI畫面組態軟件）。使用者都必須先使用HMI的畫面組態軟件制作“工程文件”，再通過PC機和HMI 產品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運行。

人機界面產品的基本功能及選型指標基本功能：  設備工作狀態顯示，如指示燈、按鈕、文字、圖形、曲線等  數據、文字輸入操作，打印輸出  生產配方存儲，設備生產數據記錄  簡單的邏輯和數值運算  可連接多種工業控制設備組網  選型指標：  顯示屏尺寸及色彩，分辨率  HMI的處理器速度性能  輸入方式：觸摸屏或薄膜鍵盤  畫面存貯容量，注意廠商標注的容量單位是字節（byte）、還是位（bit）  通訊口種類及數量，是否支持打印功能。

人機界面產品分類 薄膜鍵輸入的HMI，顯示尺寸小于5.7ˊ，畫面組態軟件免費，屬初級產品。如POP－HMI 小型人機界面  觸摸屏輸入的HMI，顯示屏尺寸為5.7ˊ～12.1ˊ，畫面組態軟件免費，屬中級產品  基于平板PC計算機的、多種通訊口的、高性能HMI，顯示尺寸大于10.4ˊ，畫面組態軟件收費，屬高端產品。

人機界面的使用方法  明確監控任務要求，選擇適合的HMI產品  在PC機上用畫面組態軟件編輯“工程文件”  測試并保存已編輯好的“工程文件”  PC機連接HMI硬件，下載“工程文件”到HMI中  連接HMI和工業控制器（如PLC、儀表等），實現人機交互。

1、人機界面與人們常說的“觸摸屏”有什么區別？

從嚴格意義上來說，兩者是有本質上的區別的。因為“觸摸屏”僅是人機界面產品中可能用到的硬件部分，是一種替代鼠標及鍵盤部分功能，安裝在顯示屏前端的輸入設備；而人機界面產品則是一種包含硬件和軟件的人機交互設備。在工業中，人們常把具有觸摸輸入功能的人機界面產品稱為“觸摸屏”，但這是不科學的。

2、人機界面和組態軟件有什么區別？

人機界面產品，常被大家稱為“觸摸屏”，包含HMI硬件和相應的專用畫面組態軟件，一般情況下，不同廠家的HMI硬件使用不同的畫面組態軟件，連接的主要設備種類是PLC。而組態軟件是運行于PC硬件平臺、windows操作系統下的一個通用工具軟件產品，和PC機或工控機一起也可以組成HMI產品；通用的組態軟件支持的設備種類非常多，如各種PLC、PC板卡、儀表、變頻器、模塊等設備，而且由于PC的硬件平臺性能強大（主要反應在在速度和存儲容量上），通用組態軟件的功能也強很多，適用于大型的監控系統中。

3、人機界面產品中是否有操作系統？

任何人機界面產品都有系統軟件部分，系統軟件運行在HMI的處理器中，支持多任務處理功能，處理器中需有小型的操作系統管理系統軟件的運行?；谄桨逵嬎銠C的高性能人機界面產品中，一般使用WinCE,Linux等通用的嵌入式操作系統。

4、人機界面只能連接PLC嗎？

不是這樣的。人機界面產品是為了解決PLC的人機交互問題而產生的，但隨著計算機技術和數字電路技術的發展，很多工業控制設備都具備了串口通訊能力，所以只要有串口通訊能力的工業控制設備，如變頻器、直流調速器、溫控儀表、數采模塊等都可以連接人機界面產品，來實現人機交互功能。

5、人機界面只能通過標準的串行通訊口與其它設備相連接嗎？

大多數情況下是這樣的。但隨著計算機和數字電路技術的發展，人機界面產品的接口能力越來越強。除了傳統的串行（RS232、RS422/RS485）通訊接口外，有些人機界面產品已具有網口、并口、USB口等數據接口，它們就可與具有網口、并口、USB口等接口的工業控制設備相連接，來實現設備的人機的交互。

6、是否有通訊功能的設備一定能和人機界面產品連接？

應該是這樣的。因為通用的人機界面產品都提供了大量的、可供選擇的常用設備通訊驅動程序；一般情況下，只要在人機界面的畫面組態軟件中選擇與連接設備相對應的通訊驅動程序，就可以完成HMI和設備的通訊連接。如果所選HMI產品的組態軟件中沒有要連接設備的通訊驅動程序，用戶則可以把要連接設備的通訊口類型和協議內容告知HMI產品的生產商，請HMI廠商代為編制該設備的通訊驅動程序。

7、PC機加觸摸屏，能否直接與PLC通訊，完成HMI的功能？

當然可以。不過還要編制相應的HMI軟件，才能使PC機成為一個真正的HMI產品。

8、未來人機界面的發展趨勢是什么？

隨著數字電路和計算機技術的發展，未來的人機界面產品在功能上的高、中、低劃分將越來越不明顯，HMI的功能將越來越豐富；5.7寸以上的HMI產品將全部是彩色顯示屏，屏的壽命也將更長。由于計算機硬件成本的降低，HMI產品將以平板PC計算機為HMI硬件的高端產品為主，因為這種高端的產品在處理器速度、存儲容量、通訊接口種類和數量、組網能力、軟件資源共享上都有較大的優勢，是未來HMI產品的發展方向。當然，小尺寸的（顯示尺寸小于5.7寸）HMI產品，由于其在體積和價格上的優勢，隨著其功能的進一步增強（如增加IO功能），將在小型機械設備的人機交互應用中得到廣泛應用。

軟件是一種工具，而軟件與人的信息交換是通過界面來進行的，所以界面的易用性和美觀性就變得非常重要了，這就需要好好利用人機界面設計的原則及設計的方法。完成軟件人機界面設計需考慮以下5個問題：

1 界面總體布局設計，即如何使界面的布局變得更加合理。例如，我們應該把功能相近的按鈕放在一起，并在樣式上與其他功能的按鈕相區別，這樣用戶使用起來將會更加方便。

2 操作流程設計，即通過設計工作流程，而使用戶的工作量減小，工作效率提高。例如：我們如何才能讓用戶用最少的步驟，完成一項操作。使用別的軟件，鼠標要點擊50下，在屏幕上移動20000個像素的距離才能完成，而使用您的軟件只需要點擊鼠標25下，在屏幕上移動5000個像素就能完成。那么用戶在使用您的軟件時就要比使用其他軟件工作效率提高四倍，那么用戶自然會選用您的軟件了。

3 工作界面舒適性設計，即使用戶更加舒適的工作。例如：我們用什么樣的界面主色調，才能夠讓用戶在心情愉快的情況下，工作最長的時間而不感覺疲倦呢？紅色：熱烈，刺眼，易產生焦慮心情。藍色：平靜，科技，舒適。明色：干凈，明亮，但對眼睛較多刺激，長時間工作易引起疲勞。暗色：安靜，大氣，對眼睛較少刺激。微軟公司公司淺灰色的系統主色調及ICON協調的成功運用，已經促使目前國際所有的軟件產品形成一種的規范，這也是微軟成功的重要因素之一。

4 人機界面設計并不是簡單的外殼包裝，一個軟件的成功是與其完善的功能實現，認真的調試是分不開的。但任何產品開發前的整體規劃，將也是人機界面設計的關鍵因素之一，在運做過程中注重的不僅僅是美觀實用的表現，將更多考慮規劃中產品的底層技術準則，優化體現出一個軟件產品的靈魂所在。

5 我們需要正規的理解及調查的實施性，MAC的外殼色彩創新帶動了現在所有機器的個性化，但早在以前ACER也出過墨綠色的機箱，但卻很失敗。原因有兩個，一個是設計的還是不夠，另外就是時機不好，因為當時大眾的品位還不夠。我們需要對合作伙伴的需求進行正規的分析規劃，人機界面設計才可以得到正確實施。由上可見，人機界面設計是一門綜合性非常強的學科，它不僅借助計算機技術，還要依托于心理學，認知科學，語言學、通信技術及戲劇、音樂、美術多方面的理論和方法。所以為能達到用戶滿足的界面，需好好學習人機界面設計這一學科，領會其精髓。

工業人機界面簡稱HMI，又稱觸摸屏監控器，是一種智能化操作控制顯示裝置，HMI的主要功能有：數據的輸入與顯示；系統或設備的操作狀態方面的實時信息顯示；在HMI上設置觸摸控件可把HMI作為操作面板進行控制操作；報警處理及打??；此外，新一代工業人機界面還具有簡單的編程、對輸入的數據進行處理、數據登錄及配方等智能化控制功能，在設計人機界面的時候應該注意以下幾點。

1.界面風格的設計

控制臺人機界面選用非標準Windows風格，以實現用戶個性化的要求。但考慮到大多數用戶對于標準Windows系統較熟悉，在界面設計中盡量兼容標準Windows界面的特征。因為位圖按鈕可在操作中實現高亮度、突起、凹陷等效果，使界面表現形式更靈活，同時可以方便用戶對控件的識別。

但是，界面里使用的對話框、編輯框、組合框等都選用Windows標準控件，對話框中的按鈕也使用標準按鈕?？丶拇笮『烷g距盡量符合Windows界面推薦值的要求。

界面默認窗體的顏色是亮灰色。因為灰色調在不同的光照條件下容易被識別，且避免了色盲用戶在使用窗體時帶來的不便。為了區分輸入和輸出，供用戶輸入的區域使用白色作為底色，能使用戶容易看到這是窗體的活動區域；顯示區域設為灰色（或窗體顏色），目的是告訴用戶那是不可編輯區域。窗體中所有的控件依據Windows界面設計標準采用左對齊的排列方式。對于不同位置上多組控件，各組也是左對齊。　

2．系統界面布局分析

人機界面的布局設計根據人體工程學的要求應該實現簡潔、平衡和風格一致。典型的工控界面分為3部分：標題菜單部分、圖形顯示區以及按鈕部分。根據一致性原則，保證屏幕上所有對象，如窗口、按鈕、萊單等風格的一致。各級按鈕的大小、凹凸效果和標注字體、字號都保持一致，按鈕的顏色和界面底色保持一致。

3．打開界面的結構體系

選擇界面的概念取決于多個界面?？蓪⒔缑嬖O計為循環，如果運行大量界面，必須設計一個合理的結構體系來打開界面。選擇簡單而永久的結構以便操作員能夠快速了解如何打開界面。

用戶一次處理的信息量是有限的，所以大量信息堆積在屏幕上會影響界面的友好性。為了在提供足夠的信息量的同時保證界面的簡明，在設計上采用了控件分級和分層的布置方式。分級是指把控件按功能劃分成多個組，每一組按照其邏輯關系細化成多個級別。

用一級按鈕控制二級按鈕的彈出和隱藏保證了界面的簡潔。分層是把不同級別的按鈕縱向展開在不同的區域，區域之間有明顯的分界線。在使用某個按鈕彈出下級按鈕的同時對其他同級的按鈕實現隱藏，使邏輯關系更清晰。

通常要由3個層面組成。層面1是總覽界面。該層面要包含不同系統部分在系統所顯示的信息，以及如何使這些系統部分協同工作。層面2是過程界面。該層面包含指定過程部分的詳細信息，并顯示哪個設備對象屬于該過程部分。該層面還顯示了報警對應的設各對象。層面3是詳細界面。該層面提供各個設備對象的信息，例如控制器、控制閥、控制電機等，并顯示消息、狀態和過程值。如果合適的話，還包含與其他設備對象工作有關的信息。

4．文字的應用

界面設計中常用字體有中文的宋體、楷體，英文的扭鍆等，因為這些字體容易辨認、可讀性好考慮到一致性，控制臺軟件界面所有的文本都選用中文宋體，文字的大小根據控件的尺寸選用了大小兩種字號，使顯示信息清晰并保證風格統一。

人體工程學要求界面的文本用語簡潔，盡量用肯定句和主動語態，英文詞語避免縮寫?？刂婆_人機界面中應用的文本有兩類：標注文本和交互文本。標注文本是寫在按鈕等控件上，表示控件功能的文字，所以盡量使用了描述操作的動詞如“設各操作”、“系統設置”等。交互文本是人與計算機以及計算機與總控制臺等系統交互信息所需要的文本，包括輸人文本和輸出文本。

交互文本使用的語句為了在簡潔的同時表達清晰，盡量采用用戶熟悉的句子和禮貌的表達方式如“請檢查交流電壓”、“系統警告裝置鎖定”。對于信｀息量大的情況，采用上下滾動而不用左右滾屏，因為這樣更符合人的操作習慣。

5.色彩的選擇

人機界面設計中色彩的選擇也是非常重要的。人眼對顏色的反應比對文字的反應要快，所以不同的信息用顏色來區別比用文字區別的效果要好。不同色彩給人的生理和心理的感覺是不同的，所以色彩選擇是否合理也會對操作者的工作效率產生影響。在特定的區域，不同顏色的使用效果是不同的。例如：前景顏色要鮮明一些使用戶容易識別，而背景顏色要暗淡一些以避免對眼睛的刺激。

所以，紅色、黃色、草綠色等耀眼的色彩不能應用于背景色。藍色和灰色是人眼不敏感的色彩，無論處在視覺的中間還是邊緣位置，眼睛對它的敏感程度是相同的，作為人機界面的底色調是非常合適的。但是在小區域內的藍色就不容易感知，而紅色和黃色則很醒目。因此提示和警告等信息的標志宜采用紅色、黃色。

使用顏色時應注意幾點：

（1）限制同時顯示的顏色數一般同一界面不宜超過4或5種，可用不同層次及形狀來配合顏色增加的變化。

（2）界面中活動對象顏色應鮮明，而非活動對象應暗淡，對象顏色應不同，前景色宜鮮艷一些，背景則應暗淡。中性顏色（如淺灰色）往往是最好的背景顏色，淺色具有跳到面前的傾向，而黑色則使人感到退到了背景之中。

（3）避免不兼容的顏色放在一起（如黃與藍，紅與綠等），除非作對比時用。

6.圖形和圖標的使用

圖形和圖標能形象地傳達信息，這是文本信息達不到的效果?？刂婆_人機界面通過可視化技術將各種數據轉換成圖形、圖像信息顯示在圖形區域。選擇圖標時力求簡單化、標準化，并優先選用已經創建并普遍被大眾認可的標準化圖形和圖標。